ZigBee 特点简介

1.1 什么是 ZigBee
ZigBee 是基于 IEEE802.15.4 标准的低功耗局域网协议，这个是比较的解释了，简
单说就是一种无线通信协议。它的名字其实蛮有意思的，这一词来源于蜜蜂的八字舞，由于
“蜜蜂(Bee)”是靠飞翔和“嗡嗡(Zig)”地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，蜜
蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee 的组网方式与此类似，于是得名 Zigbee
（有点仿生学的意思哈）。
Zigbee 是基于 IEEE802.15.4 标准的网络协议。这个协议是一种近距离、低功耗的无线
通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。简而言之，
ZigBee 就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。
1.2 ZigBee 特点简介
1) 高的可靠性
对于无线通信而言，由于电磁波在传输过程中容易受很多因素的干扰，例如，天气状况，
特别要提的是障碍物的阻挡对信号的衰减很非常之严重。因此，无线通信系统在数据传输过
程中具有一定的不靠谱性，这也是为什么在军工上大部分会采用电缆线传输信号的原因之
一。当然，更多的是为了防止信号被截取。无线控制系统作为无线通信的一个小的分支，在
数据传输过程中也同样具有以上问题。
为了弥补无线传输的不靠谱，ZigBee 联盟[1]在制定 ZigBee 规范时己经考虑到这种数据
传输过程中的内在的不确定性，采取了一些措施来提高数据传输的可靠性。主要从以下几个
方面着手：，物理层兼容高可靠的短距离无线通信协议 IEEE 802.11.5 同时使用 OQPSK 和 DSSS 技术；第二，使用 CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance) 技
术来解决数据冲突问题；使用 l6-bits CRC 来确保数据的正确性；第三，使用带应答的数据
传输方式来确保数据正确的传输目的地址：采用尽量保证数据可以沿着不同的传输路径从源
地址到达目的地址，这也就是所谓的星型网络。
2) 低成本、低功耗
ZigBee 技术可以应用于 8-bit MCU，目前 TI 公司推出的兼容 ZigBee 2007 协议的 SoC
芯片 CC2530 每片价格几十元，外接几个阻容器件构成的滤波电路和 PCB 天线即可实现网
络节点的构建。结构之简单让我不得不佩服此芯片的强大啊！但是想玩转数学功底不好可不
行，利用 ZigBee 进行定 位，在 PC 端的滤波算法可以说还是很有学问的。
关于低功耗问题需要说明一下，ZigBee 网络中的设备主要分为三种：
1) 协调器(Coordinator)，主要负责无线网络的建立和维护；
2) 路由器(Router)，主要负责无线网络数据的路由，连接多个逻辑上分开的网络，所
谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网，这里可以理解为一个 ZigBee 发
出来的数据；
终端节点(End Device)，主要负责无线网络数据的采集。
低功耗仅仅是对终端节点而言的，因为路由器和协调器需要一直处于供电状态，只有终
端节点可以定时休眠，下面通过一个例子向朋友们展示一下终端节点的低功耗是如何实现
的。
例子是从《ZigBee 无线传感器网络设计与实现》一书中摘录的。一般情况下，市面上
每节 5 号电池的电量为 1500mA·h。对于两节 5 号电池供电的终端节点而言，总电量为
3000mA·h，即电池以 1mA 电流放电，可以连续放电 3000h（理论值），如果放电电流为 100mA.
则可以连续放电 30h。终端节点在数据发送期间需要的瞬时电流是 29mA；数据接收期间所需要的瞬时电流为 24mA。再加上各种传感器所需的工作电流，为了讨论问题方便，假设各
种传感器所需的工作电流为 30mA（这个工作电流已经很大了），那么数据发送期间所需要
的总电流为 59mA，数据接收期间所需要的总电流为 54mA，为了讨论问题方便，总电流取
60mA，表面上 2 节 5 号电池可以供终端节点连续工作 50h。但是，对应实际系统，终端节
点对数据的采集一般是定时采集，例如采集温度数据，由于温度变化减慢，所以可以定时采
集，在此假设终端节点每小时工作 50s.其他时间都在休眠（其他时间都在休眠，休眠时工作
电流在微安级，所以可以忽略不计）。那么实际上情况是：系统采用 2 节 5 号电池供电，终
端节点工作电流为 60mA.每小时工作 50s（其他时间都在休眠，休眠时工作电流在徽安级，
所以可以忽略不计），可以计算出 2 节 5 号电池可以供终端节点工作时间为：3600h=150 天，
即大约半年时间，这也就是很多介绍 ZigBee 技术的书籍中提到的“对于 ZigBee 终端节点，
使用 2 节 5 号电池供电，可以工作半年的时间”的理论依据。请读者注意，上述分析是针对
的终端节点。对于路由节点和协调器而言，要一直供电来确保数据的正确路由，所以一般
不谈低功耗问题。
3）高安全性
为了保证数据传输的安全性，可以使用 AES-128 技术进行加密，但是对于初学的我们
来说，还是先实现基本功能先~